1500 năm nữa từ trường Trái Đất có thể sẽ đảo ngược

Cực bắc từ trường Trái Đất đang biến đổi và ngày một yếu đi. Dòng dung nham cổ đại mang đến cho chúng ta hiểu biết sâu hơn về nguyên nhân phát sinh và kiểm soát từ trường Trái Đất, cũng như điều gì có thể khiến từ trường đổi chiều.

Từ trường chính được sinh ra nhờ các dòng chảy mạnh mẽ trong khối sắt nóng chảy nằm sâu trong phần lõi ngoài của Trái Đất. Từ trường đổi chiều định kỳ còn kim la bàn thì chỉ về hướng nam chứ không chỉ sang hướng Bắc. Hiện tượng đổi cực đã xảy ra hàng trăm lần với khoảng thời gian xen giữa không đồng đều trong suốt tiền trình lịch sử của Trái Đất. Lần gần đây nhất là vào khoảng 780.000 năm trước, nhưng các nhà khoa học vẫn cố gắng tìm hiểu để trả lời câu hỏi tại sao và bằng cách nào.

Nghiên cứu đất đá núi lửa cổ đại được công bố trên số ra ngày 26 tháng 9 trên tờ Science cho thấy có một nguồn từ trường thứ hai giúp xác định bằng cách nào và liệu từ trường chính có đổi cực hay không. Từ trường thứ hai bắt nguồn từ lõi nông nằm ngay dưới lớp vỏ manti của Trái Đất. Nó giữ vai trò quan trọng khi từ trường bắc-nam chính yếu đi trước khi đảo chiều, theo Brad Singer – giáo sư địa chất học thuộc Đại học Wisconsin – Madison.

Ông đã lập thành nhóm với chuyên gia nghiên cứu từ trường hành tinh Kenneth Hoffman – người đã nghiên cứu hiện tượng đảo chiều từ trường trong hơn 30 năm qua – nhằm phân tích dòng chảy dung nhảm cổ đại từ Tahiti và miền tây nước Đức để tìm hiểu kiểu từ trường của Trái Đất trong quá khứ. Từ tính của khoáng sản nhiều sắt trong dòng dung nham nóng chảy định hướng theo từ trường hiện có, chúng sẽ bị giữ lại ở các nơi mà dung nham nguội đi rồi cứng lại.

Singer cho biết: “Khi dòng dung nham phun trào và nguội đi, chúng đã mang theo ký ức về từ trường trái đất vào thời điểm đó. Rất khó có thể phá hủy dòng dung nham một khi nó đã hình thành. Lúc đó chúng ta sẽ có được hồ sơ về chiều từ trường trên Trái Đất”. 

Hoffman, chuyên gia thuộc Đại học bách khoa California (San Luis Obispo) và Đại học Wisconsin – Madison, và Singer đã tập trung nghiên cứu đất đá mang bằng chứng về những lần từ trường bắc-nam chính yếu đi. Đây chính là một dấu hiệu cho thấy chiều phân cực có thể bị đảo ngược. Bằng cách xác định tuổi của dòng dung nham, họ có thể sơ đồ hóa từ trường lõi nông trong những lần đảo chiều khi mà từ trường chính yếu đi vào khoảng thời gian vài triệu năm trước.

Lúc đó từ trường chính suy yếu tiết lộ “cực ảo” hay chính là các vùng từ tính mạnh thuộc từ trường lõi nông. Ví dụ, Singer nói, “nếu bạn đang ở Tahiti khi dung nham phun trào thì kim la bàn của bạn không chỉ về cực Bắc, cũng không chỉ về cực Nam mà chỉ về Australia”.

Các nhà khoa học tin rằng từ trường lõi nông có thể giữ vai trò nhất định trong việc xác định liệu chiều phân cực của từ trường chính có thay đổi trong khi bị suy yếu hay không; và liệu nó có khôi phục được cường độ của nó mà không đảo chiều hay không. Theo Hoffman, “việc sơ đồ hóa từ trường lõi nông trong các giai đoạn chuyển giao nắm giữ chìa khóa để hiểu được điều gì xảy ra trong phần lõi của Trái Đất khi từ trường yếu đến mức mà nó có thể đảo chiều”.

Các bằng chứng hiện tại cho thấy chúng ta đang dần tiến tới một trong những giai đoạn chuyển giao đó bởi từ trường chính của Trái Đất khá yếu và đang suy giảm dần. Trong khi lần đổi chiều phân cực gần nhất xảy ra các đây hàng trăm nghìn năm thì lần tới có thể sẽ xảy ra chỉ trong vòng vài nghìn năm tới.

Singer nói: “Ngay lúc này, các ghi chép lịch sử cho thấy cường độ của từ trường đang suy giảm nhanh chóng. Theo phỏng đoán, trong vòng 1500 năm nữa từ trường sẽ yếu nhất và chúng ta sẽ bước vào giai đoạn đảo chiều phân cực. Mục tiêu nghiên cứu lớn của chúng tôi là cung cấp các khả năng dự đoán có thể về những gì sẽ xảy ra và những gì có thể là tín hiệu của đợt đảo chiều phân cực sắp tới”.

Nghiên cứu của Hoffman và Singer được Quỹ khoa học quốc gia tài trợ.